一种流线型薄壁金属支板的加工方法与流程

本发明涉及将料厚小于1.5mm的高温合金板材加工成流线型支板的工艺方法，属于钣金冲压技术领域。

背景技术：

流线型支板在需要气流流动通道的结构设计中普遍使用，在轴流式通道中用于连接上下层面的支撑，保证通道的流通面积需求，在环形通道中用于支撑内外表面的径向间隙，起到分流气流和保证流道均匀性的作用，在高速气流的工作环境下，支板前端要求圆滑，型面还要保持为流线形以便减小阻力和气流的流动损失，在某些特殊结构中，支板间的通道还要保持气动学中的截面变化的功能要求，所以，支板的结构尺寸，强度及稳定性是保证组件工作性能的关键要素。

在航空发动机进气机匣、涡轮支承机匣以及加力扩散器机匣中的内外涵道环槽中通常都装配8到12个月流线型支板，支板分为带衬套和不带衬套的支板，支板基本上都是用氩弧焊直接焊接或通过支板衬套焊接到内外机匣上，在支板内部还要保证一定的空间用于装配通油的管路。支板截面为两侧凸起的流线形型面，该类零件的型面在钣金结构工艺类型中属浅变形成型结构，此类钣金零件加工通常是依靠型胎采用手工敲击变形，最主要的问题是零件型面回弹大，变形量不足导致零件的型面尺寸难以到达产品的设计要求。

在某些发动机中为了减少焊缝的数量，将支板衬套设计在支板上，此类支板不但有浅变形的特点，端面还要求一定高度的翻边变形，这类支板又增加了工艺难度，所以，零件最终常常出现主体型面轮廓变形不足，面轮廓度超差，端面翻边变形量都较大，经常导致边缘出现裂纹，因此，产品设计时通常都有允许补焊裂纹的技术条件。

流线型支板这种设计结构的零件在很早就在航空发动机零件中使用，鉴于支板的前变形难以稳定，形状尺寸以及翻边变形量过大等技术难点，现有机型的支板加工工艺还立足在钣金敲击成型。手工敲击成型能逐步延展板材的变形，充分利用板材的塑性，能够最大限度的延展材料到达很大的变形效果，其工艺不足是零件加工效率低，工人劳动强度大，而且，对工人的钣金敲击技术要求高，所以，零件加工的成本也很高，特别是在大批量的情况下，其工艺不足特别明显。

支板加工的手工加工方法借助于一个合页型两面带型面的钳工夹具，夹具中心有一个芯模，在夹具的两端面有符合支板零件侧面的弧形型面。首先，根据支板的零件形状尺寸，剪切板料，然后用一个带凹槽的简易型块弯曲板材呈30～40°，将弯曲后的板料进行去应力热处理，腐蚀去除表面氧化层，抛光待焊接边，将毛料装入合页型夹具内型腔中，再将敲修用芯模用敲击方法装入板材中心的位置，将板材向型腔内型面，使板材产生一定变形，然后敲修支板进出口端面的翻边，保证板材翻边面与型胎贴合，间隙不大于0.8。

再将板材和芯模从型腔中取出，放置在工作平台上，敲击料与芯模型面贴合，保证间隙不大于0.8，最后再将板料装入合页型型腔中，敲击翻边部分，再装入芯模到板料中心，挤压板材贴合型腔表面，如此反复几次，检查板料与夹具型面的贴间隙不大于0.8，完成支板的成型工作。

支板加工的另一种加工是采用一套压形模具装置，其主要结构为一件芯模，上下型块，在型块的前后端面有符合零件翻边形状一致的形状特征。零件的加工工艺是采用一块板材弯曲呈V型，将芯模装入板材内部，利用该模具上下型块压制，由于零件是在弯曲下变形，且变形量不大，一般只能完成型面要求的40～70％，两面回弹很大，端面没有翻边，余下工作量完全依靠手工敲修主体型面与芯模贴合，将带零件的芯模装入上下模块中，再用手工敲击支板两端面材料，直到板材两端贴合上下型块的两端，完成支板的型面加工工作，该工艺的主要工作量还是在手工钣金上。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种流线型薄壁金属支板的加工方法，利用液压设备加工带翻边流线型支板，将手工钣金加工转变为冲压成型加工，克服手工钣金劳动量大，塑性变形不足，尺寸精度不高和加工效率低等缺陷。

本发明是立足于板材的塑性变形，考虑到封闭的流线型支板在型面空腔尺寸小，型面形状平缓，以及整体状态下金属板材难以充分产生塑性变形，导致零件的加工后回弹很大，型面难以获得所需的形状。于是，本发明将支板两侧面的型面展开成一定的角度，在型面的转接处采用圆弧过渡连接，并设计好转接圆弧的直径尺寸，按照零件型面展开形状制作一件异形的支板板材毛料，在毛料上、下端设计定位(凹)槽，运用带压边的成型装置将板材拉伸成带翻边的浅变形支板展开零件，零件的主体在冲压装置中因为产生了充分的塑性变形，从而保证了零件的型面尺寸，翻边部分也完成了主要的变形量要求，转接圆弧R与支板的头部转接半径保持一定的位置关系，为后续弯曲提供准确的定位位置。

然后以零件的转接圆弧R作为定位基准，采用手工或弯曲装置弯曲支板的头部转接圆弧R，零件在弯曲装置型面的作用下，支板主体绕头部旋转，两侧面主体合拢形成支板的封闭状态。

最后焊接支板的尾部，使支板呈封闭的整体结构，采用带芯模的校型模具校正零件的主体型面和翻边的形状，从而实现零件的成型和翻边。

本发明的技术方案如下：

一种流线型薄壁金属支板的加工方法，包括以下步骤：

步骤一，将板材剪切成上、下两端带定位槽的燕尾形毛坯；

步骤二，以上、下两端的定位槽定位，利用冲压装置将板材平面压制成上、下两端边缘弯曲，上、下两端之间变形符合支板型面要求的半成品，所述上、下两端之间变形符合支板型面要求部分包括左、右两侧型面，左、右两侧型面之间通过转接圆弧R连接，且左、右两侧型面的基准线有一夹角；

步骤三，以转接圆弧R为定位基准对左、右型面进行弯曲，再将弯曲后的左、右型面尾端焊接相连；

步骤四，校正支板型面和边缘弯曲翻边。

所述步骤二中，左、右两侧型面的基准线夹角范围为90°～150°。

所述步骤二中，转接圆弧R的半径大于支板头部半径。

所述步骤二中，转接圆弧R的弧长与支板头部弧长一致(相等)。

所述步骤二中，左、右两侧型面通过转接圆弧R连接并成相切状态(换句话说，即在一个截面内转接圆弧R分别与左、右型面的截面线相切)。

所述步骤二中，转接圆弧R的半径取值范围为5～20mm。

所述步骤三中，支板尾端采用氩弧焊焊接。

步骤二中以上、下两端的定位槽定位，利用冲压装置将板材平面压型，以两个定位槽为中心、将板材前后两边缘折边弯曲，左右两边的板材按零件型面状态压制成型，左右型面的基准线呈一定角度的半成品，该半成品为零件左右型面的展开状态；

作为一种冲压装置的选择，冲压成型模具由上下两个部分组成，上模部分包括上模板，上模块，下模部分包括下模块，凹模和下模板，上下模通过导柱导套定位，工作时将板材长槽定位在凹模的定位销上，液压机顶杆顶起下模块，直到接触板材为止，上模部分在液压机上平台的作用下向下运动，将板材压紧到下模块上表面，然后上模部分和板材以及下模块一起向下运动，板材边缘挤进上模块和凹模的间隙，形成支板的翻边，板材中间主体在上下模型面间挤压成流线型的型面。

步骤三中，作为一种可选的弯曲装置，弯曲模具由上下两个部分组成，上模部分为弯曲芯模，连接支座组成，下模部分由左右两块定位板和中心弯曲下模块组成，上下模通过导柱导套定位。

工作时将待弯曲的半成品放置在定位板上，上模部分随着液压机上平台下移，半成品零件在弯曲芯模的作用下压入定位板中间的中心弯曲下模块之间，直到弯曲下模贴到下模板使板材弯曲成型，上模开启，零件随弯曲芯模上移，脱离下模部分，最后将零件从弯曲芯模的一端推出，完成弯曲过程。

步骤四中，作为一种可选的翻边校形装置，翻边校正模具主要由上、下和左、右四个部分组成。

上模部分包括上模板，凸模座，上模块等组成，下模部分由下模板，承力框，下模块和定位芯模组成，左、右为带斜锲槽型面校正块。上、下模由导柱导套定位。

工作时上、下模具开启，左、右型块分开，液压机顶杆顶起下模块到一定高度，将焊接后的零件中心空腔部位套入下模的定位芯模上，上模部分随着上平台下移，上型块将零件压入芯模上并随着上型块向下移动。左、右型面校正块在上模斜锲块的作用下从两边向中间移动，上模块下行到一定位置后，型面将零件贴上并挤压到芯模外侧保持不动，上模继续下行，上、下模块将零件的翻边部分挤到左、右校正块的上、下表面上，从而实现零件校正翻边和主体流线型面的功能；开启时上模块向上运动，左、右校正块分别向两边移动，机床的顶杆将下型块向上顶出，使零件脱离定位芯模，取出零件完成校正工作。

本发明利用钣金成型的工艺特点，运用拉伸成型方式，先将零件展开，在展开状态把该零件最难以成型，回弹大的主体型面采用压型的方式成型，让板材产生充分的塑性变形，以实现零件的型面变形且保证尺寸稳定，解决零件型面尺寸精度的问题，同时翻出两端面的部分形状，成型时运用金属板材变形前后的变化设计处支板头部圆弧的变形特征，并充分考虑后续弯曲时左、右型面及转接圆弧R符合的线性尺寸关系来排布展开形状之间的距离，最后确定成型翻边的整体形状，转接圆弧R以不产生明显冷作硬化变形为主，尺寸大于产品(支板)头部的R值，两边支板型面通过转接圆弧R连接并成相切状态，圆弧R的弧长与原支板的头部转接弧长一致，长度误差不大于0.5mm。

左、右两瓣支板间的距离，以设置的转接圆弧R和弧长来确定，根据支板实际转接R情况来定，一般以R5到R20之间，同时为有利于成型翻边，两边支板间角度90°到150°之间，最后确定成型翻边的整体形状，然后，将带翻边型面的支板弯曲，焊接两端，再使用包括芯模、歪型块的校型工装模具中，在设备的作用下，校正支板两侧的主体型面，同时，压制校型支板端面的翻边形状，使其符合产品要求的锥面形状尺寸。上述方法不但能保证型面成型稳定，且翻边效果也能比较理想，整个加工流程完全在冲压设备和工装上，生产效率高，加工成本也显著降低，特别适合批量生产的情况。

本发明是运用高合金板材在压力作用下产生塑性变形的特点，在特殊结构的成型装置中模块的作用下，分步进行零件的变形，使零件型面变形充分，型面稳定，尺寸精度高，且翻边面的边缘不出现裂纹，使用液压设备进行加工，提高了零件加工的效率，解决了人工钣金敲修引起的质量问题。

附图说明

图1为支承机匣的剖面示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为带定位槽的毛坯料图；

图4为经过成形处理的半成品展开状态图；

图5为图4的截面图；

图6为半成品弯曲状态图；

图7为冲压模具示意图；

图8为弯曲模具示意图；

图9为图8的左视图；

图10为翻边校正模具结构示意图；

图11为焊接完成的支板结构示意图；

图12为图11中A-A截面示意图。

具体实施方式

如图1和图2为支板的最终使用状态图。本发明采用的流线型薄壁金属支板的加工方法包括以下几个步骤：

(1)如图3，首先将板材划线剪切成两端带定位槽的燕尾形毛坯。

(2)如图4，使用板材毛坯两端定位槽口定位，在专用的成型翻边冲压装置模块中，利用上下模块和边缘的作用，将板材平面压制呈两端弯曲，中间变形的半成品展开状态，转接圆弧R取15mm，零件的型面在模块的压制下产生塑性变形，两边的型面轮廓达到产品两面的要求，尺寸上稳定不回弹，左、右两侧型面基准线间夹角为135°，如图5，图5中左、右型面基准线与水平线夹角均为22°30′，因此二者间的夹角为135°。

(3)如图6，若采用手工弯曲，则先将半成品毛坯装配到型胎上，用手工敲修弯曲两侧面，弯曲过程中调整对支板型面尾部的位置，避免两侧面弯曲后产生错位，弯曲处以型胎的R面(与转接圆弧R对应)贴合，保证支板头部的型面尺寸精度，若采用弯曲模具，则采用弯曲的装置需要芯模和侧压块，型面与产品的型面和位置一致，另外弯曲装置需要考虑与压型型面位置协调一致的定位孔，完成弯曲后零件要从芯模的另一端能顺利取出。

弯曲两侧面接触后，在支板尾端采用氩弧焊接的方式将后边缘焊上，形成一个封闭的盒形件。

(4)半成品弯曲焊接后，在支板头部翻边部位往往随着变形，而且，两侧面的翻边在成型工序中边缘由于是分段的锥面形状，所以，成型加工中的型面与产品所需存在很大差异，采用带翻边校型的工艺方法就是采用液压工艺装备对盒型支板整体校型，盒型支板在芯轴和两侧面压力作用下校正主体形状，支板两端翻边面通过上下型块的挤压，配合校型外模块的上下表面一起压制支板的端面边缘，最后实现支板的整体形状要求，满足产品需要。

下面结合附图7～10来说明本发明中冲压成型、弯曲成型和型面翻边校形过程：

如图7所示，成型模具由上、下两个部分组成，上模部分包括上模板1，上模块2，下模部分包括下模块4，凹模3和下模板5，上、下模通过导柱导套定位，工作时将板材上下端定位槽定位在凹模3的定位销上，液压机顶杆顶起下模块4，直到接触板材为止，上模部分在液压机上平台的作用下向下运动，将板材压紧到下模块4上表面，然后上模部分和板材以及下模块4一起向下运动，板材边缘挤进上模块2和凹模3的间隙，形成支板的翻边，板材中间主体在上下模型面间挤压成流线型的型面。

如图8和图9所示，弯曲模具由上、下两个部分组成，上模部分为弯曲芯模7，连接支座6组成，下模部分由左、右两块定位板8和9和中心弯曲下模块组成，上、下模通过导柱导套定位。工作时将待弯曲的半成品放置在定位板8和9上，上模部分随着液压机上平台下移，半成品零件在弯曲芯模7的作用下压入定位块8和9中间的弯曲下模块之间，直到弯曲下模贴到下模板使板材弯曲成型，上模开启，零件随弯曲芯模7上移，脱离下模部分，最后将零件从弯曲芯模7的一端推出，完成弯曲过程。

如图10所示，翻边校正模具上、下和左、右四个部分组成。上模部分包括上模板10，凸模座11，上模块12等组成，下模部分由下模板16，承力框，下14模块和定位芯模15组成，左、右为带斜锲槽型面19带的校正块13和17。上、下模由导柱导套定位。工作时上下模具开启，左、右校正块13和17分开，液压机顶杆顶起下模块到一定高度，将焊接后的零件中心空腔部位套入下模的定位芯模15上，上模部分随着上平台下移，上型块12将零件压入芯模15上并随着上型块12向下移动。左、右型面校正块13和17在上模斜锲块18的作用下从两边向中间移动，上模块12下行到一定位置后，型面将零件贴上并挤压到定位芯模15外侧后保持不动，上模块12继续下行，上、下模块将零件的翻边部分挤到左、右校正块13和17的上、下表面上，从而实现零件校正翻边和主体流线型面的功能；开启时上模块12向上运动，左、右校正块13和17分别向两边移动，机床的顶杆将下模块14向上顶出，使零件脱离定位芯模15，取出零件完成校正工作。